Guida alle flange

Tipi di flange

Questa guida illustra i diversi tipi di flange e approfondisce ulteriori argomenti, tra cui:

• Cos'è la facciata della flangia?
• Protezione delle flange
• Materiali delle flange
• Materiali delle guarnizioni
• Dimensioni delle flange

La modalità con cui si realizza un collegamento mediante flangia su una tubazione può variare.  Essa dipende dal tipo di flangia e dai requisiti specifici del sistema di tubazioni.  Alcune flange sono saldate sul tubo, mentre altre possono essere avvitate. La scelta del tipo di flangia dipenderà anche da fattori quali la capacità di pressione e l'applicazione prevista. Ma prima, diamo un'occhiata ai tipi comuni di flange.

Tipi di flange per tubi

Sebbene esistano flange speciali per applicazioni particolari, si individuano sei tipologie principali. Di seguito le elenchiamo, insieme alle modalità di fissaggio della flangia alla tubazione.

Caratteristiche delle flange

Le flange sono componenti meccanici essenziali che collegano tubi, valvole, pompe e altre attrezzature nei sistemi di tubazioni, consentendo un flusso efficiente e l'accesso per la manutenzione. Sono tipicamente di forma circolare e sono caratterizzate dalla loro resistenza, durata e capacità di resistere a pressioni e temperature elevate. Le flange sono disponibili in vari materiali, tra cui acciaio inossidabile, acciaio al carbonio e leghe, ciascuno adatto per applicazioni e ambienti specifici. Le loro superfici sono spesso rifinite con rivestimenti o trattamenti per prevenire la corrosione e garantire la longevità, specialmente in contesti industriali impegnativi. Le caratteristiche standard delle flange includono dimensioni come il diametro esterno, il diametro del cerchio dei bulloni e lo spessore, che seguono codici e standard specifici. La corretta selezione delle caratteristiche della flangia è fondamentale per la compatibilità e l'efficienza nei sistemi di tubazioni. In generale, la comprensione di queste caratteristiche aiuta a selezionare la flangia giusta per prestazioni e sicurezza ottimali.

Tipi di flange: una panoramica

Cos'è la superficie della flangia?

Le flange con facce differenti non devono essere accoppiate tra loro.  Ad esempio, un collegamento tra una flangia con superficie rialzata e una flangia con superficie piana comporterebbe perdite nel giunto, come previsto dal codice ASME B31.3.

Flange con faccia rialzata

Il tipo più comune è la flangia con faccia rialzata. Il nome deriva dalla superficie della guarnizione, che è rialzata rispetto alla faccia del cerchio di bullonatura. La faccia rialzata concentra una maggiore pressione su un'area della guarnizione più ridotta,  aumentando così la capacità del giunto di contenere la pressione. 

L’altezza della faccia rialzata è determinata dalla classe di pressione della flangia.  Allo stesso modo, più alta è la classificazione di pressione, più grande è il diametro della flangia, più bulloni sono necessari e più spessa è la flangia.

Flangia a faccia piana

La differenza tra flange a faccia rialzata e a faccia piana, detta anche flangia a faccia piena, non rappresenta un problema in quanto svolgono funzioni diverse. Invece di avere una faccia rialzata, la flangia presenta una superficie piana Di conseguenza, la superficie di appoggio della guarnizione è sullo stesso piano del telaio di bullonatura, estendendosi dal diametro interno al diametro esterno della flangia.

• La faccia completa è progettata per evitare la flessione che le flange subiscono quando i bulloni vengono serrati.
• Il ghisa può rompersi durante questo processo, motivo per cui questo materiale è spesso utilizzato per realizzare flange a faccia piana.  Il design della flangia previene questo tipo di problema.

Flangia a faccia con giunto ad anello

Le flange ad alta temperatura e alta pressione, o meglio, le flange utilizzate in ambienti estremi, utilizzano una faccia con giunto ad anello. Queste flange spesso hanno una faccia rialzata con una scanalatura per anello lavorata al suo interno. Possono anche avere delle scanalature incise sulle loro facce con guarnizioni ad anello in acciaio. Le flange si sigillano quando i bulloni vengono serrati, comprimendo la guarnizione tra le flange nelle scanalature.

Flange a giunto ad anello vs flange a faccia rialzata

Lo scopo della flangia a faccia rialzata è concentrare una maggiore pressione su una superficie di guarnizione più ridotta, aumentando la capacità del giunto di contenere la pressione. Le flange con faccia ad anello non utilizzano guarnizioni. La scanalatura presente nella flangia consente all’anello di centrarsi durante il serraggio dei bulloni.  Man mano che aumenta la pressione del processo, aumenta anche la pressione di tenuta.

Flangia a faccia rialzata:

Protezione delle flange

Materiali delle flange

Sia che si tratti di flange in acciaio per tubazioni o di flange in materiale plastico, la scelta del materiale deve basarsi sull’applicazione specifica.  In genere, i materiali dovrebbero essere compatibili con quello della tubazione, ma, come sempre, dipende dall’impiego previsto. Ad esempio, se il sistema di tubazioni è destinato al trasporto di aria o altri fluidi non corrosivi, potrebbe non essere necessario che flange e tubi siano realizzati nello stesso materiale resistente alla corrosione richiesto per fluidi acidi o caustici. 

Diversamente, se ad esempio siete interessati a flange a scivolamento in acciaio al carbonio, è importante che la qualità dell’acciaio scelta sia compatibile con quella del tubo. I materiali delle flange più comuni includono:

Acciaio al carbonio

Le flange in acciaio al carbonio sono principalmente legate con il carbonio. L'acciaio al carbonio ha un'elevata durezza e resistenza che aumenta con il contenuto di carbonio, ma riduce la duttilità e il punto di fusione. Gli acciai al carbonio vanno da quelli dolci e a basso tenore di carbonio, con 0,16-0,29% di carbonio, fino all'acciaio al carbonio ultra-alto, con circa 1-2% di carbonio. Gli acciai con un contenuto di carbonio superiore al 2% sono considerati ghisa.

Lega di acciaio

Proprio come può migliorare le proprietà delle materie plastiche con gli additivi, può legare gli acciai con altri elementi per migliorare le proprietà dell'acciaio scelto. Le leghe comuni includono il molibdeno e il cromo. Attraverso diversi elementi, è possibile aumentare la resistenza, la duttilità, la resistenza alla corrosione e la lavorabilità di un acciaio.

Acciaio inossidabile

L'acciaio inossidabile è legato al cromo in quantità superiori al 10%. È il cromo che conferisce all'acciaio inossidabile una maggiore resistenza alla corrosione rispetto all'acciaio al carbonio, che si ossida facilmente a causa dell'esposizione all'aria e all'umidità. L'acciaio inossidabile è ideale per applicazioni corrosive che richiedono anche un'elevata resistenza. Diverse qualità di acciai inossidabili producono risultati diversi.

Ghisa

Quando il ferro viene legato con carbonio, silicio e altri elementi di lega, il risultato è il ferro fuso. I ferri fusi hanno una buona fluidità, versatilità, lavorabilità e resistenza all'usura. Tendono ad essere fragili in una certa misura con punti di fusione bassi.

Alluminio

Si tratta di un metallo a bassa densità con una resistenza media. Duttile e malleabile, è più resistente alla corrosione rispetto agli acciai al carbonio e agli acciai legati. L'alluminio è adatto per flange che richiedono sia resistenza che basso peso, come ad esempio per applicazioni di irrigazione.

PVC

Una flangia in PVC è economica e resistente. Le flange per tubi in PVC hanno anche il vantaggio di essere resistenti sia chimicamente che alla corrosione. Gli additivi possono rendere il PVC più flessibile e morbido. I raccordi a flangia in PVC possono fornire una protezione aggiuntiva ai tubi sottostanti. Sono inoltre molto apprezzati nei processi di trattamento dell'acqua, preferiti dall'industria agricola e utilizzati nell'impianto idraulico domestico. Le flange in PVC sono leggere e facili da installare, perfette per i sistemi di tubazioni in PVC.

Materiali delle guarnizioni

Per tutti i tipi di flangia, ad eccezione di quelle con giunti ad anello, sono necessarie le guarnizioni. La scelta delle guarnizioni deve basarsi su fattori quali la temperatura di esercizio, il fluido trasportato dalla tubazione, il tipo di flangia, le dimensioni, la classe o la pressione nominale e altre specifiche tecniche. Prima di tutto, è fondamentale conoscere le proprietà dei materiali, che possono essere migliorate mediante l’uso di additivi.

Dimensioni delle flange

ASME & EN

Se si utilizzano gli standard ASME, le dimensioni delle flange sono determinate dalla dimensione nominale della tubazione (NPS – Nominal Pipe Size) e dalla classe di pressione richiesta dall’applicazione. All’aumentare della classe di pressione corrisponde un aumento delle dimensioni e del diametro della flangia. Tipicamente, una flangia per tubo da 1/2" appartiene alla classe di pressione da 150 libbre (150 lb). Per le flange filettate, la dimensione massima disponibile è generalmente quella da 4".150-pound

Le flange di grande diametro appartengono a classi di pressione più elevate.  Di seguito sono riportate le diverse classi:

Classi di pressione

• 150 lbs
• 300 lbs
• 400 lbs
• 600 lbs
• 900 lbs
• 1500 lbs
• 2500 lbs

Dimensioni

Le tipologie e le dimensioni delle flange variano, ma sono prodotte in conformità agli standard stabiliti da specifici enti normativi. Ad esempio, una flangia a collo saldato lungo conforme alla norma ASME B16.5 segue gli standard ASME e può presentare leggere differenze rispetto ad altri standard.  Le dimensioni delle flange girevoli ASME B16.5 – un tipo di flangia a collo saldato – hanno equivalenti nelle norme EN e MSS. 

(Se, ad esempio, trovate indicata una flangia girevole ANSI 150, si tratta di un errore. ANSI pubblicava in passato gli standard e ha iniziato a collaborare con ASME nel 1988. A quel tempo, gli standard erano indicati come ANSI/ASME, ma dal 1996 è ASME ad averne la piena titolarità.) 

Pertanto, il primo passo consiste nell’identificare lo standard di riferimento da utilizzare, che con ogni probabilità sarà quello più comune nella vostra area geografica o nel vostro settore. 

Gli standard dimensionali sono definiti per ciascuna classe di pressione.

L’esempio riportato è una flangia filettata, sia a faccia rialzata che a faccia piana, conforme alla norma ASME B16.5.  La classe di pressione è 150.

Dimensioni: pollici

Dimensioni secondo lo standard EN

Il Regno Unito dispone di un proprio standard per le flange tubiere (BS 4504). Tuttavia, poiché il Regno Unito ha fatto parte dell’Unione Europea per lungo tempo, gli standard europei (EN) sono diventati la norma di riferimento e sono tuttora utilizzati. 

Mentre in Nord America si impiega la classe di pressione, in Europa si utilizzano le pressioni nominali. Le tabelle dimensionali delle flange secondo lo standard EN sono identificate con la sigla PN, che sta per pressione nominale. Ad esempio, una flangia contrassegnata come PN16 è progettata per operare fino a 16 bar. Il sistema di misura in bar costituisce la base dei sistemi metrici di tubazioni in pressione.  Il bar non è riconosciuto dal Sistema Internazionale di Unità, che utilizza invece i pascal. A titolo di riferimento, 1 bar corrisponde esattamente a 100.000 pascal o a 14,5 psi (pounds per square inch).

Valori nominali PN comuni:

• PN6
• PN10
• PN16
• PN25
• PN40
• PN64
• PN100

Dimensioni EN: millimetri

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